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Studio: La sensibilità della rete di un neurone influenza la risposta del cervello allo stimolo

Frusciando le foglie, pioggia leggera alla finestra, un orologio tranquillamente di ticchettio - suoni desonorizzati, appena sopra la soglia dell'audizione. Un momento li percepiamo, il seguente noi non facciamo, anche se noi, o i suoni, non sembrano cambiare.

Molti studi hanno indicato che non elaboriamo mai uno stimolo ricevuto, sia un suono, un'immagine, o un tocco, allo stesso modo. Ciò è vera, anche se lo stimolo è esattamente lo stesso. Ciò si presenta perché l'impatto che uno stimolo fa, sulle regioni del cervello che lo elaborano, dipende dallo stato momentaneo delle reti quelle regioni del cervello appartengono a.

Tuttavia, i fattori che influenzano e sono alla base dello stato momentaneo costantemente di variazione delle reti e se questi stati sono casuali o seguono un ritmo erano precedentemente sconosciuti.

Ora, gli scienziati al Max Planck Institute per le scienze umane di cervello e conoscitive (MPI CBS) in Lipsia, Germania, hanno scoperto che la sensibilità dello stato della rete, quando le informazioni in relazione con lo stimolo raggiungono la corteccia cerebrale, influenze quanto il cervello reagisce forte allo stimolo.

Secondo lo stato della rete, le cellule nervose sicure in questa cosiddetta corteccia somatosensory primaria possono essere più o meno “eccitabile„, che modella il seguente trattamento dello stimolo nel cervello.

Ciò significa che la risposta del cervello è modulata già all'entrata alla corteccia cerebrale e dipende da più di come lo stimolo è valutato a più su, livelli a valle.

“C'è sempre una certa quantità di attività fra i neuroni di una rete, anche se non ci sono apparentemente influenze di esterno su noi. Così, il sistema non è mai completamente ancora o inattivo,„ spiega lo studente di Tilman Stephani, di PhD al MPI CBS ed il primo autore dello studio, che ora è stato pubblicato nel giornale della neuroscienza.

Piuttosto, le informazioni stanno sorgendo costantemente, dall'interno dell'organismo circa il nostro battito cardiaco, digestione, o respirare, informazioni sulla nostra posizione nello spazio, la temperatura e pensieri internamente generati. Inoltre, l'attività di un neurone intrinseca accade anche se le reti di un neurone sono isolate da tutto l'input. Ciò pregiudica costantemente l'eccitabilità di varie reti del cervello.

La dinamica dai trattamenti interni è associata così con l'eccitabilità del sistema e quindi, anche la risposta dello stimolo. Così, il cervello non sembra funzionare come un computer in cui le stesse informazioni ricevute significano sempre la stessa reazione.„

Tilman Stephani, autore di studio primi e studente di PhD, Max Planck Institute per le scienze umane di cervello e conoscitive

Risulta che le fluttuazioni dell'eccitabilità corticale non accadono completamente a caso ma piuttosto mostrano un determinato schema temporale: L'eccitabilità ad un momento dipende dagli stati precedenti della rete ed influenza quei successivi. Gli scienziati si riferiscono a questo come la dipendenza temporale a lungo raggio o autocorrelazione duratura.

Il fatto che l'eccitabilità corticale varia in questo modo speciale suggerisce che le reti di un neurone siano sospese ad un cosiddetto stato “critico„, in cui c'è un bilanciamento delicato fra l'eccitazione e l'inibizione della rete. Gli studi teorici ed empirici più iniziali hanno indicato che tale “criticità„ può essere un cervello di fondo di principio fondamentale che funziona dove la trasmissione e la capacità di informazioni sono massimizzate.

Stephani ed i colleghi ora forniscono la prova che questo principio può governare la variabilità delle risposte sensitive del cervello nel cervello umano, anche. Presumibilmente, questo servisce da meccanismo adattabile del cervello fare fronte alla varietà di informazioni che stanno arrivando costantemente dall'ambiente. Un singolo stimolo dovrebbe nè eccitare l'intero sistema immediatamente nè svanire troppo rapidamente.

Tuttavia, è ancora sconosciuto se la maggior eccitabilità piombo ad un'esperienza più saliente. Cioè i partecipanti di studio percepiscono l'intensità degli stimoli differenti secondo l'eccitabilità istantanea? Ciò ora sta provanda in un secondo studio. “Ma altri trattamenti possono anche svolgere un ruolo qui,„ spiega Stephani.

“Attenzione, per esempio. Se la dirigete verso il qualcos'altro, un primo, forte risposta del cervello può ancora accadere. Tuttavia, gli più alti trattamenti del cervello a valle possono poi impedirlo coscientemente la percezione.„

Gli esperimenti sono stati effettuati esaminando la risposta dei cervelli dei partecipanti a migliaia di piccole correnti elettriche successive. Questi stimoli si sono applicati agli avambraccia dei partecipanti per stimolare il nervo principale nel braccio.

Ciò, a sua volta, ha prodotto una reazione iniziale 20 millisecondi più successivamente in un'area specifica del cervello, la corteccia somatosensory. Sulla base dei reticoli evocati di elettroencefalogramma, potevano vedere quanto ogni stimolo determinato ha eccitato facilmente il cervello.

Source:
Journal reference:

Stephani, T., et al. (2020) Temporal signatures of criticality in human cortical excitability as probed by early somatosensory responses. Journal of Neuroscience. doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0241-20.2020.